現(xiàn)代缸內(nèi)直噴式汽油機開發(fā)(下) 新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用
定 價:135 元
叢書名:汽車技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)系列叢書
- 作者:范明強
- 出版時間:2019/2/1
- ISBN:9787111612896
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:U464.136
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書的內(nèi)容豐富多彩,涉及的方面較廣,既有關(guān)于工作機理的基礎(chǔ)開發(fā)和各個子系統(tǒng)開發(fā)方面的經(jīng)驗,又有全球*新機型開發(fā)的詳細介紹及其所運用的新技術(shù)、新工藝和新材料,并以翔實的試驗數(shù)據(jù)和曲線圖表以及各種*新機型整機與零部件的彩色結(jié)構(gòu)剖視圖和外形布置圖片,較全面地詳細介紹了全球各大跨國公司近20年來,特別是近10年來的*新試驗研究成果和*新批產(chǎn)機型開發(fā)的成功經(jīng)驗,充分反映了當今世界現(xiàn)代缸內(nèi)直噴式汽油機的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀及其目前所達到的*高技術(shù)水平,頗具實用參考價值。
前言
隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,我國汽
車工業(yè)飛速發(fā)展,已成為世界汽車生產(chǎn)和消費大國。但是,國內(nèi)目前能
自主開發(fā)及生產(chǎn)的乘用車及其發(fā)動機甚少,大多是引進國外技術(shù)或者合
資生產(chǎn)的。面對國內(nèi)如此巨大的汽車消費市場,我國必須掌握和擁有汽
車及其發(fā)動機的核心技術(shù),這樣才能使我國的汽車工業(yè)進入自主開發(fā)和
持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)的軌道。
當前,世界汽車工業(yè)面臨能源緊缺和環(huán)境保護的雙重挑戰(zhàn)。由于全
球有限的油氣資源被加速消耗,能源緊缺狀況越來越嚴重。從目前的發(fā)
展趨勢來看,新能源的開發(fā)和大量供應(yīng)至少在 50年以后,在此之前人
類不得不繼續(xù)利用油氣資源作為汽車的主要能源,因此汽車的節(jié)能已成
為全球關(guān)注的焦點。2012年,歐盟實施的強制性汽車二氧化碳排放法規(guī)
要求所有乘用車的二氧化碳排放達到 90g/km (相當于百公里燃油耗:
汽油車 38L,柴油車 34L),而歐洲汽車制造商聯(lián)合會 (ACEA)根據(jù)
現(xiàn)有的技術(shù)水平只能承諾達到 120g/km的目標 (相當于百公里燃油耗:
汽油車 51L,柴油車 45L),與法規(guī)要求尚有不小的差距。美國也已正
式通過汽車燃油耗法規(guī),要求各汽車制造商的平均燃油經(jīng)濟性 (CAFE)
在 2020年之前提高 40%。這些嚴格的法規(guī)迫使汽車制造商不斷開發(fā)和
應(yīng)用新技術(shù)來大幅度降低能源消耗。另一方面,汽車的大量使用已對全
球大氣環(huán)境造成污染,排放的二氧化碳引發(fā)溫室效應(yīng)使全球氣候變暖,
危及人類的生存環(huán)境。為此,繼 2009年實施歐Ⅴ廢氣排放標準后,歐
盟議會又于 2014年實施更為嚴格的歐Ⅵ廢氣排放標準;美國也于 2014
年全面實施 EPATier2Bin5廢氣排放標準。因此,汽車工業(yè)不僅將面臨
各種法規(guī)的壓力,還要面對劇烈的技術(shù)競爭,其生存環(huán)境越來越嚴峻。
目前,我國乘用車發(fā)動機幾乎全是傳統(tǒng)的火花點火式汽油機,并且
可以預(yù)計在今后很長一段時間內(nèi),火花點火式汽油機仍將是我國乘用車
的主要動力裝置。無論是從節(jié)能和減排,還是從發(fā)動機動力性能的角度
來講,現(xiàn)代缸內(nèi)直噴式汽油機在進氣道噴射汽油機的基礎(chǔ)上,又將汽油
發(fā)動機技術(shù)向前推進了一大步,從而成為世界汽油機發(fā)展歷史上又一個
重要的里程碑。同時,缸內(nèi)直噴式汽油機具有明顯的節(jié)油效果,是當今
汽車汽油機節(jié)能減排最有效也是最現(xiàn)實的途徑,符合我國節(jié)能減排的大
政方針,應(yīng)該是我國汽車用汽油機的重要發(fā)展方向。
幾乎一個世紀以來,人們始終在進行汽油缸內(nèi)直接噴射的試驗研
究,但是只是在最近約 20年以來,從三菱汽車公司在歐洲推出首款缸
內(nèi)直噴式汽油機開始,首次提供了可實際應(yīng)用的汽油缸內(nèi)直接噴射技
術(shù),缸內(nèi)直噴式汽油機才成功地進入市場。它經(jīng)歷了壁面導向型、空氣
導向型和噴束導向型燃燒過程,以及分層充量和均質(zhì)充量運行模式的變
化歷程。與直噴式柴油機相比,缸內(nèi)直噴式汽油機需解決的難題明顯要
復(fù)雜得多,特別是分層充量運行模式的實現(xiàn),在混合氣形成、燃燒過程
以及廢氣排放等方面的控制都非常復(fù)雜,在技術(shù)上有較大的難度。因此
至目前為止,現(xiàn)代汽油缸內(nèi)直接噴射的潛力尚未充分發(fā)揮,必須對汽油
缸內(nèi)直接噴射技術(shù)進行更進一步深入的研究。但是缸內(nèi)直噴式汽油機在
功率和轉(zhuǎn)矩方面所能取得的效益,以及在降低燃油耗和有害物排放方面
所存在的巨大潛力,使汽油缸內(nèi)直接噴射技術(shù)成為汽油機發(fā)展的必經(jīng)
之路。
發(fā)動機小型化是現(xiàn)代乘用車汽油機的重要發(fā)展方向,而電控汽油缸
內(nèi)直接噴射技術(shù)、廢氣渦輪增壓技術(shù)和可變氣門控制技術(shù)則構(gòu)成了現(xiàn)代
乘用車汽油機小型化的三大核心技術(shù)。因此,本書將以較大的篇幅介紹
諸如廢氣渦輪增壓和可變氣門控制等方面新技術(shù)的發(fā)展,及其在缸內(nèi)直
噴式汽油機上的應(yīng)用狀況,還有它們在節(jié)能減排方面的實際效果。
這種技術(shù)含量高的缸內(nèi)直噴式汽油機,同時也成為現(xiàn)代車用發(fā)動機
新技術(shù)、新工藝和新材料的重要載體,這能進一步增大缸內(nèi)直噴式汽油
機在節(jié)能減排方面的潛力。因此,本書也將以一定的篇幅介紹新技術(shù)、
新工藝和新材料在缸內(nèi)直噴式汽油機上的應(yīng)用情況。
上述這些發(fā)展狀況既為我國汽車工業(yè)的發(fā)展提供了新的機遇,也對
汽車行業(yè)工程技術(shù)人員特別是產(chǎn)品開發(fā)人員的知識更新和開發(fā)技術(shù)水平
提高提出了新的挑戰(zhàn)。作者已在機械工業(yè)出版社翻譯出版了德國內(nèi)燃機
經(jīng)典著作 《汽油機管理系統(tǒng)》和 《缸內(nèi)直噴式汽油機》兩部引進版書
籍,前者詳述了現(xiàn)代汽油機電子控制技術(shù)的基礎(chǔ),后者專門介紹了現(xiàn)代
缸內(nèi)直噴式汽油機的基礎(chǔ)理論和主要結(jié)構(gòu)特點,可作為普及缸內(nèi)直噴式
汽油機的基礎(chǔ)知識。而編寫本書則旨在為我國汽車工作者進一步提供開
發(fā)現(xiàn)代缸內(nèi)直噴式汽油機的最新試驗研究成果,特別是近 10年來在現(xiàn)
代缸內(nèi)直噴式汽油機工程開發(fā)方面的經(jīng)驗,以便加深對現(xiàn)代缸內(nèi)直噴式
汽油機工作機理和結(jié)構(gòu)特點的理解,并通過全球主要典型機型開發(fā)過程
和技術(shù)特點的詳細介紹,為國內(nèi)自行開發(fā)缸內(nèi)直噴式汽油機提供有益的
借鑒,拓寬開發(fā)設(shè)計的思路。
本書作者長期從事汽車發(fā)動機的研究和產(chǎn)品開發(fā),主持開
目錄
前言
第 1章 概述 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1
11 汽油機混合氣形成方式的演變 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1
12 缸內(nèi)直噴式汽油機的發(fā)展歷史 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 7
13 現(xiàn)代缸內(nèi)直噴式汽油機的分類 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 10
14 提高缸內(nèi)直噴式汽油機節(jié)能減排效果的途徑 !!!!!!!!!!!!!!!!! 11
第 2章 基礎(chǔ)開發(fā)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 15
21 燃油噴射 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 15
211 燃油噴霧試驗 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 15
212 噴束特性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 17
213 油滴速度和直徑的測量 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 20
214 油氣混合 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 23
215 汽油缸內(nèi)直接噴射對噴束特性的基本要求 !!!!!!!!!!!!!!!! 25
216 汽油缸內(nèi)直接噴射的改善效果 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 26
22 缸內(nèi)充量運動 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 31
221 缸內(nèi)充量運動的基本分析 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 31
222 滾流積分測量法 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 32
223 滾流微分測量法 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 33
224 充量滾流運動測量的影響因素 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 36
225 充量運動對工作過程和循環(huán)波動的影響 !!!!!!!!!!!!!!!!! 40
23 混合氣形成及其燃燒 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 49
231 分層稀薄混合氣及其燃燒 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 50
232 均質(zhì)混合氣及其燃燒 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 57
233 分層混合氣的著火特性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 59
234 滾流燃燒過程的潛力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 69
235 噴束引導分層燃燒過程的潛力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 78
236 雙次噴射均質(zhì)燃燒過程的潛力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 88
237 分層混合氣起動和均質(zhì)分段噴射的潛力 !!!!!!!!!!!!!!!!! 98
24 渦輪增壓與缸內(nèi)直接噴射組合的節(jié)油潛力 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 106
241 增壓與缸內(nèi)直接噴射的協(xié)同作用 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 106
242 增壓直噴式汽油機各種運行模式的節(jié)油潛力 !!!!!!!!!!!!!!! 112
25 米勒循環(huán)與可變壓縮組合的節(jié)油潛力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 119
251 壓縮比和膨脹比的影響 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 119
252 進氣門早關(guān)對實際奧托過程的影響 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 121
●●●●● 現(xiàn)代缸內(nèi)直噴式汽油機開發(fā) (上)基礎(chǔ)理論、子系統(tǒng)和整機開發(fā)
Ⅷ
253 全負荷時進氣門早關(guān)的潛力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 122
254 部分負荷時進氣門早關(guān)與殘余氣體消除節(jié)流的比較 !!!!!!!!!!!! 123
255 進氣門早關(guān)時壓縮的可變性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 124
26 低壓直接噴射燃燒過程 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 125
261 汽油低壓直接噴射特性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 126
262 燃燒過程的評價方法和預(yù)設(shè)計 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 127
263 廢氣排放和燃油耗特性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 129
264 機油稀釋的評估 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 132
第 3章 子系統(tǒng)開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 136
31 系統(tǒng)概述 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 136
32 進氣系統(tǒng)開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 138
321 進氣滾流調(diào)節(jié)閥 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 138
322 進氣渦流調(diào)節(jié)閥 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 141
323 可變進氣管 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 142
33 燃油噴射系統(tǒng)開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 149
331 低壓輸油泵 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 151
332 高壓燃油泵 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 151
333 燃油共軌 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 157
334 共軌壓力調(diào)節(jié)器 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 158
335 共軌壓力傳感器 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 158
336 電控噴油器 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 158
34 點火系統(tǒng)開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 166
341 缸內(nèi)直噴式汽油機對火花塞的要求 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 166
342 缸內(nèi)直噴式汽油機火花塞技術(shù)的現(xiàn)狀 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 168
343 缸內(nèi)直噴式汽油機火花塞技術(shù)的改進 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 169
35 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 174
351 廢氣再循環(huán)的作用 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 174
352 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的分類和比較 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 177
353 廢氣再循環(huán)的特性及其控制 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 180
354 廢氣再循環(huán)的效果 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 181
355 組合廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 182
356 廢氣再循環(huán)閥的開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 187
357 廢氣再循環(huán)冷卻器的開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 194
358 廢氣再循環(huán)的潛力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 202
36 廢氣后處理系統(tǒng)開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 207
361 均質(zhì)燃燒直噴式汽油機的廢氣后處理 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 207
362 分層燃燒直噴式汽油機的廢氣后處理 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 212
363 吸附式 NOx催化轉(zhuǎn)化器 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 214
37 降低顆粒排放的措施 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 229
371 影響顆粒排放形成的主要因素 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 231
372 采取措施降低顆粒數(shù)排放 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 239
373 降低實際行駛顆粒排放 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 245
目 錄 ●●●●●
Ⅸ
38 電子控制系統(tǒng)開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 254
381 基本概況和要求 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 254
382 轉(zhuǎn)矩控制方式 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 256
383 控制策略 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 257
384 電控單元 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 258
第 4章 典型機型開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 260
41 三菱滾流 -壁面導向分層燃燒直噴式汽油機 !!!!!!!!!!!!!!!!! 260
411 控制策略 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 260
412 主要技術(shù)措施 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 265
413 發(fā)動機性能 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 272
414 進一步的改進 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 272
42 豐田渦流 -壁面蒸發(fā)分層燃燒直噴式汽油機 !!!!!!!!!!!!!!!!! 274
421 系統(tǒng)概況 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 275
422 分層混合氣的控制策略!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 276
423 燃燒特性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 279
424 應(yīng)用 EGR和催化器降低 NOx排放 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 282
425 節(jié)氣門控制系統(tǒng) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 283
426 排放和燃油經(jīng)濟性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 284
43 歐寶均質(zhì)燃燒直噴式汽油機 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 284
431 技術(shù)方案的選擇及其性能比較 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 285
432 結(jié)構(gòu)簡介 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 286
433 性能開發(fā) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 291
44 奔馳多次噴射直噴式汽油機 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 296
441 基礎(chǔ)發(fā)動機 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 296
442 多次噴油策略 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 301
443 廢氣后處理方案 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 304
444 發(fā)動機性能 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 307
45 豐田缸內(nèi)直噴 -進氣道噴射組合式汽油機 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 309
451 發(fā)動機概況和主要技術(shù)規(guī)格 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 310
452 提高性能 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 312
453 改善燃油經(jīng)濟性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 318
454 D-4S噴油系統(tǒng)控制 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 319
46 奧迪廢氣渦輪增壓直噴式汽油機 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 321
461 開發(fā)目標和主要技術(shù)指標 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 321
462 基礎(chǔ)發(fā)動機簡介 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 324
463 進排氣系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)的改進 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 337
464 發(fā)動機性能的改善 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 342
47 大眾廢氣渦輪 -機械復(fù)合增壓直噴式汽油機 !!!!!!!!!!!!!!!!! 346
471 概況 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 346
472 開發(fā)目標及其方案 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 348
473 結(jié)構(gòu)簡介 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 351
474 復(fù)合增壓裝置的運行狀況 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 364
●●●●● 現(xiàn)代缸內(nèi)直噴式汽油機開發(fā) (上)基礎(chǔ)理論、子系統(tǒng)和整機開發(fā)
Ⅹ
475 增壓空氣冷卻和燃油耗 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 367
476 噴油和燃燒過程 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 368
477 發(fā)動機控制 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 372
478 廢氣排放控制措施 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 373
48 寶馬雙渦輪增壓直噴式汽油機 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 374
481 開發(fā)目標 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 375
482 發(fā)動機簡介 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 376
483 噴油系統(tǒng) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 377
484 增壓系統(tǒng)和廢氣后處理裝置 !!!!!!!